Beber un vaso de agua suele ser suficiente para calmar la sed después de hacer ejercicio. Pero mientras que la sensación de sed se puede saciar después de unos pocos minutos de beber, el proceso de rehidratación en realidad toma alrededor de media hora. El retraso ocurre porque el cerebro recibe señales de que bebiste agua antes de que el cuerpo esté completamente rehidratado según la detección y medición de los niveles de osmolalidad en el intestino. La osmolalidad representa la concentración de materiales disueltos, incluidos el sodio y la glucosa.
El laboratorio del biólogo de Caltech, Yuki Oka, ha trabajado para aprender más sobre la señalización de la osmolalidad del intestino al cerebro que regula la sed, y ahora su equipo ha descubierto la principal vía sensorial que media en este proceso.
Oka, profesor de biología, Chen Scholar e investigador del Heritage Medical Research Institute; y su laboratorio colaboró en la investigación con el laboratorio de David Anderson, profesor de biología Seymour Benzer e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. Anderson es el presidente del Instituto Tianqiao y Chrissy Chen para el Liderazgo en Neurociencia y director del Instituto Tianqiao y Chrissy Chen para la Neurociencia en Caltech, del cual Oka también es miembro afiliado de la facultad. Un artículo que describe el estudio aparece en la revista Nature el 26 de enero.
La sangre tiene una alta osmolaridad cuando nuestro cuerpo está deshidratado, lo que desencadena la sensación de sed. Pero debido al tiempo que transcurre entre el momento en que nos sentimos saciados y el momento en que el cuerpo está completamente rehidratado, el intestino debe detectar los cambios de osmolalidad antes de que ocurran en el torrente sanguíneo y debe enviar esta información al cerebro.
Una vez que ingerimos alimentos y agua, los nutrientes se absorben desde el intestino hasta el hígado a través de un vaso sanguíneo especializado llamado vena porta. Durante este evento de absorción, las neuronas sensoriales del intestino también detectan señales de osmolalidad. En la investigación, dirigida por el académico postdoctoral Takako Ichiki y el estudiante graduado Tongtong Wang, el equipo examinó cómo el intestino comunica esta información al cerebro para indicar sed o saciedad.
Hay dos vías sensoriales principales desde el intestino hasta el cerebro: la espinal (ganglios de la raíz dorsal o DRG) y las vías vagales. En este estudio, Ichiki usó ratones modificados genéticamente para visualizar patrones de activación neuronal en estas dos vías. Luego monitoreó sistemáticamente las neuronas DRG y vagales en respuesta a las infusiones de agua, sal o azúcar en el intestino del ratón que imitan la ingesta normal de nutrientes. El equipo encontró que las neuronas vagales, pero no las neuronas espinales, se activan fuertemente con los cambios de osmolalidad en el intestino. De hecho, distintos subconjuntos de neuronas estaban activos en respuesta a los diferentes líquidos.
La siguiente pregunta fue: ¿Qué parte del intestino envía la información de osmolalidad al cerebro? El equipo examinó el área del portal hepático (HPA), un vaso sanguíneo importante que atraviesa el intestino responsable de absorber la gran mayoría de los nutrientes del intestino y llevarlos al hígado. Descubrieron que los nervios vagales que inervan el HPA transmiten señales de osmolalidad. Cortar una rama específica del nervio vago del HPA eliminó la capacidad de las neuronas vagales para responder a los cambios en la osmolalidad.
El equipo investigó más a fondo si los nervios vagales detectan directa o indirectamente los cambios de osmolalidad en el intestino. Descubrieron que, en respuesta a los cambios de osmolalidad en el intestino, un péptido particular, el péptido intestinal vasoactivo o VIP, se secreta en la vena porta, que a su vez activa los nervios vagos en el área HPA. Esto explica cómo el intestino traduce los cambios de osmolalidad física en señales hormonales que codifican los cambios de osmolalidad.
“Hemos descubierto el comienzo de un camino, el eje HPA-cerebro”, dice Oka, quien también es investigador de la New York Stem Cell Foundation. “Los detalles de todas las conexiones y mecanismos moleculares aún no se han determinado”.
Investigaciones futuras adicionales examinarán las conexiones entre las neuronas vagales en el cuerpo y las regiones del cerebro conocidas por controlar la sed. En trabajos anteriores, los investigadores del laboratorio de Oka identificaron las llamadas neuronas de la sed dentro de la región del órgano subfornical (SFO) del cerebro. Cuando los animales tienen sed, estas neuronas están muy activas; beber agua los calma rápidamente. Pero las neuronas de la sed de SFO no están directamente conectadas a ninguna neurona intestinal, por lo que el equipo tiene como objetivo descubrir cómo se comunican los cambios en la osmolalidad a las neuronas de la sed de SFO.
“Todavía hay mucho que no sabemos acerca de cómo el sistema nervioso controla las funciones básicas, como la sed y la saciedad”, dice Karen David, Ph.D., directora del programa en el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares. “Este estudio muestra cómo se utilizan los enfoques respaldados por la Iniciativa BRAIN para descubrir cómo los circuitos cerebrales manejan esta importante información sensorial”.
El artículo se titula “Representación sensorial y mecanismos de detección del cambio de osmolalidad intestinal”. Los fondos fueron proporcionados por el presidente y rector de Caltech, la División de Biología e Ingeniería Biológica de Caltech, la Fundación de Células Madre de Nueva York, los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Alfred P. Sloan, el Instituto de Investigación Médica Heritage y la Sociedad Japonesa de la Promoción de la Ciencia. El estudio fue financiado a través de la iniciativa NIH Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) (R01NS109997, R01NS123918).
Fuente:
How Gut Neurons Communicate with the Brain to Control Thirst. (s. f.). California Institute of Technology. Recuperado 27 de enero de 2022, de https://www.caltech.edu/about/news/how-gut-neurons-communicate-with-the-brain-to-control-thirst